RANCANG BANGUN SENSOR ARUS BOLAK- BALIK (AC) …

i

TUGAS AKHIR-MK TF 141581

RANCANG BANGUN SENSOR ARUS BOLAK-

BALIK (AC) BERBASIS SERAT OPTIK SINGLE

MODE-MULTI MODE-SINGLE MODE (SMS)

MENGGUNAKAN FERROFLUID

HADRIAN HOGANTARA SAPUTRA NRP. 2413100078 DosenPembimbing : Prof. Dr. Ir. Sekartedjo, M.Sc. AgusMuhamadHatta, ST, M.Si, Ph. D DEPARTEMEN TEKNIK FISIKA FakultasTeknologiIndustri InstitutTeknologiSepuluhNopember Surabaya 2017

ii

Halaman ini sengaja dikosongkan

iii

TUGAS AKHIR-MK TF 141581

DESIGN OF ALTERNATING CURRENT(AC)

SENSOR BASED ON SINGLEMODE-MULTIMODE

SINGLEMODE(SMS) OPTICAL FIBER STRUCTURE

USING FERROFLUID

HADRIAN HOGANTARA SAPUTRA NRP. 2413100078 Supervisor : Prof. Dr. Ir. Sekartedjo, M.Sc. AgusMuhamadHatta, ST, M.Si, Ph. D Engineering Physics Department Faculty of Industrial Technology InstitutTeknologiSepuluhNopember Surabaya 2017

iv


vi


viii


x


xi

RANCANG BANGUN SENSOR ARUS BOLAK-BALIK

(AC) BERBASIS SERAT OPTIK SINGLEMODE-

MULTIMODE-SINGLEMODE(SMS) MENGGUNAKAN

FERROFLUID.

Nama : Hadrian Hogantara Saputra

Nrp : 2413100078

Departemen : Teknik Fisika FTI-ITS

Pembimbing : 1. Prof. Dr. Ir. Sekartedjo, M.Sc.

2. Agus Muhammad Hatta, S.T., M.Si, Ph.D

Abstrak

Pengukuran arus listrik menjadi aspek penting dalam

menjaga kualitas arus listrik. Dengan berkembangnya teknologi

perangkat listrik, diperlukan teknologi pengukuran arus listrik

baru yang memiliki sensitivitas dan resolusi yang tinggi. Pada

tugas akhir ini telah dirancang dan dibuat sensor arus berbasis

serat optik SMS dengan ferofluid untuk pengukuran arus AC.

Sensor serat optik ini mamanfaatkan perubahan indeks bias dari

Ferrofluid. Ferrofluid merupakan cairan yang terdiri dari

campuran nanopartikel Fe3O4 dan surfactant (asam oleat, asam

sitrat, dll). Perubahan indeks bias dari Ferrofluid disebabkan

adanya medan magnet yang mempangaruhi Ferrofluid. Pengujian

dilakukan dengan mengukur perubahan daya pada serat optik

SMS yang telah dibungkus oleh ferrofluid dengan Optical Power

Meter akibat adanya arus yang mengalir pada kawat penghantar.

Rentang arus AC yang digunakan adalah 0-10A. Berdasarkan

hasil eksperimen, diperoleh sensitivitas tertinggi sensor arus serat

optik SMS sebesar 3.049dB/A. Sensor memiliki tingkat presisi

95% dan resolusi 0.037A.

Kata kunci : Sensor arus listrik, ferrofluid, Serat optik

berstruktur SMS

xii


xiii

DESIGN OF ALTERNATING CURRENT SENSOR BASED

ON SINGLEMODE-MULTIMODE-SINGLEMODE

OPTICAL FIBER STRUCTURE USING

FERROFLUID

Name : Hadrian Hogantara Saputra

Nrp : 2413100078

Department :Engineering Physics FTI-ITS

Supervisor : 1. Prof. Dr. Ir. Sekartedjo, M.Sc.

2. Agus Muhammad Hatta, S.T., M.Si, Ph.D

Abstract

Electric current measurement become important aspect in

electric current quality monitoring. In development of electric

trechnologies, electrical system need new current measurment

technology with high sensitivity and resolution. In this study, an

optical fiber current sensor has been developed using SMS fiber

structure and ferrofluid for alternating current measurement.

This oprical fiber current sensor works with the change of

refractive index of ferrofluid. Ferrofluid is colloidal suspension

that was made from Fe3O4 nanoparticle and surfactant(oleic acid,

citric acid, etc). The refractive index of ferrofluid will change due

to the magnetic field that affect ferrofluid.The experiment was

done by measuring the change output power of optical fiber

current sensor using Optical Power Meter due to current flow in

the wire. The alternating current range used in this study is 0-

10A. The result is the SMS fiber current sensor has sensitiviy of

3.049dB/A in the range 2-7A, precision rate 95% and resolution

0.037A.

Keywords : current sensor, ferrofluid, SMS fiber structure

xiv


xv

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan

rahmat dan karunianya sehingga penulis mampu menyelesaikan

tugas akhir yang berjudul “Rancang Bangun Sensor Arus Bolak-

Balik(AC) Berbasis Serat Optik Berstruktur Singlemode-

Multimode-Singlemodemenggunakan ferrofluid”.

Terselesaikannya tugas akhir ini tidak lepas dari berbagai

pihak yang telah membantu, maka pada kesempatan kali ini

ijinkan penulis mengucapkan terima kasih kepada:

1. Bapak Agus Muhammad, ST., M.Si., Ph.D. Hatta selaku kepala

Departemen Teknik Fisika ITS dan dosen pembimbing yang

selalu memberikan ilmu dan arahan dalam menyelesaikan

tugas akhir.

2.Bapak Prof. Dr. Ir. Sekartedjo, M.Sc. selaku dosen pembimbing

dan kepala laboratorium rekayasa fotonika yang selalu

memberikan motivasi dan ilmu dalam menyelesaikan tugas

akhir.

3. Bapak/Ibu dosen bidang minat rekayasa fotonika yang telah

memberikan kritik dan saran dalam pengerjaan tugas akhir ini.

4. Bapak Ir. Wiratno Argo Asmoro, M.Sc. selaku dosen wali dari

penulis yang selalu memberikan motvasi dalam perkuliahan

bagi penulis.

5. Orang tua penulis dan segenap keluarga yang senantiasa

memberikan motivasi, dukungan dan doa bagi penulis

7. Bapak/Ibu Dosen Teknik Fisika beserta staff yang telah

memberikan ilmu selama perkuliahan

8. Rekan-rekan Tugas Akhir bidang minat Rekayasa Fotonika

yang bersama-sama berjuang dalam menyelesaikan tugas

akhir.

9. Keluarga Besar Teknik Fisika 2013 yang senantiasa memberika

dorongan dan ilmu bagi penulis.

10. Pihak-pihak lain yang tidak bisa penulis sebutkan satu

persatu.

Penulis menyadari bahwa penulisan laporan tugas akhir ini

tidaklah sempurna dengan adanya beberapa kekurangan. Oleh

xvi

karena itu, penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang

membangun dari semua pihak. Penulis juga berharap agar laporan

tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi pembaca, khususnya bagi

penulis.

Surabaya, 2 Agustus 2017

Penulis

xvii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ................................................................ i

COVER .................................................................................. iii

PERNYATAAN BEBAS PLAGIASI ..................................... v

LEMBAR PENGESAHAN ................................................... vii

ABSTRAK ............................................................................. xi

ASBTRACT ......................................................................... xiii

KATA PENGANTAR ........................................................... xv

DAFTAR ISI ....................................................................... xvii

DAFTAR GAMBAR ........................................................... xix

DAFTAR TABEL ................................................................ xxi

BAB I PENDAHULUAN ....................................................... 1

1.1 Latar Beakang .......................................................... 1

1.2 Rumusan Masalah .................................................... 3

1.3 Tujuan ...................................................................... 3

1.4 Batasan Masalah ...................................................... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ............................................. 5

2.1 Medan Magnet ........................................................... 5

2.2 Solenoid ..................................................................... 6

2.3 Efek Faraday ............................................................. 7

2.4 Ferrofluid ................................................................... 9

2.5 Serat Optik ............................................................... 10

2.6 Serat Optik Multimode Step Index ........................... 11

2.7Serat Optik Berstruktur Singlemode-Multimode-

Singlemode (SMS) .................................................. 14

2.8 Efek Multimode Interference ................................... 16

2.9 Penggunaan Ferrofluid pada Serat Optik

Berstruktur SMS ..................................................... 17

2.10 Sensor ................................................................... 20

BAB III METODOLOGI PENELITIAN .............................. 23

3.1 Desain Sensor Arus AC berbasis Serat Optik

berstruktur SMS menggunakan Ferrofluid ............ 24

3.2 Pembuatan Serat Optik Berstruktur SMS

menggunakan Ferrofluid ......................................... 26

xviii

3.2 Penyusunan Eksperimen Pengujian AC dan DC

terhadap Serat Optik SMS menggunakan

Ferrofluid ............................................................... 27

3.3 Pengujian Sensor Serat Optik SMS

menggunakan Ferrofluid ........................................ 28

3.4 Analisa Karakteristik Sensor Serat Optik SMS

menggunakan Ferrofluid ........................................ 29

3.5 Penarikan Kesimpulan ............................................. 29

BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN ............. 31

4.1 Hasil UJi Sensor Arus Berbasis Serat Optik

SMS menggunakan Ferrofluid pada Arus AC ........ 31

4.2 Analisa Karakteristik Statis Sensor Arus AC

Serat Optik Berstruktur SMS menggunakan

Ferrofluid ................................................................ 35

4.3 Hasil Uji Peresisi Sensor Arus AC berbasis

Serat Optik Berstruktur SMS menggunakan

Ferrofluid ................................................................ 38

4.4 Hasil Uji Histerisis Sensor Arus SMS

menggunakan Ferrofluid dengan panjang

multimode 7.65cm ................................................... 39

4.5 Hasil Uji Pengaruh Arah Medan Magnet

terhadap Daya Keluaran Sensor .............................. 40

BAB V PENUTUP ................................................................ 43

5.1 Kesimpulan ............................................................. 43

5.2 Saran ....................................................................... 43

DAFTAR PUSTAKA ............................................................ 45

LAMPIRAN A

LAMPIRAN B

BIOGRAFI PENULIS

xix

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Ilustrasi Penyimpangan Jarum Kompas ........ 5

Gambar 2.2 Kaidah Tangan Kanan .................................. 6

Gambar 2.3 Medan Magnet yang ditimbulkan oleh

Solenoid ........................................................ 7

Gambar 2.4 Efek Rotasi Faraday ...................................... 8

Gambar 2.5 Transmisi Cahaya pada Medium

Tanpa Medan Magnet ................................... 8

Gambar 2.6 Transmisi Cahaya pada Medium yang

Dipengaruhi Medan Magenet ....................... 9

Gambar 2.7 Ferrofluid Ketika diberikan Medan

Magnet .......................................................... 9

Gambar 2.8 Core, Cladding Serat Optik .......................... 10

Gambar 2.9 Bentuk Geometri, Profil Indeks Bias

dan Tipe Perambatan Sinar Serat

Optik ............................................................. 11

Gambar 2.10 Profil Indeks Bias Serat Optik dengan

Nilai P yang beragam .................................... 11

Gambar 2.11 Profil Indeks Bias Serat Optik

Singlemode dan Multimode ........................... 12

Gambar 2.12 Grafik Hubungan Moda dengan

Konstanta Propagasi ..................................... 13

Gambar 2.13 Grafik Hubungan Antara Jumlah

Moda dengan Kecepatan Grup ...................... 14

Gambar 2.14 Skema Serat Optik Berstruktur SMS ........... 14

Gambar 2.15 Skema Pandu Gelombang Multimode

pada Serat Optik SMS ................................... 16

Gambar 2.16 Profil Medan Self Imaging pada Pandu

Gelombang Multimode Step-Index ............... 17

Gambar 2.17 Struktur dari Sensor Arus Serat Optik

Berstruktur SMS dan Ferrofluid ................... 18

Gambar 2.18 Diagram Blok Sistem Pengukuran ................ 20

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ............................... 24

Gambar 3.2 Prinsip Kerja Sensor Arus AC Serat

Optik SMS menggunakan Ferrofluid ............ 24

xx

Gambar 3.3 Desain sensor arus AC berbasis serat

optik SMS menggunakan Ferrofluid ............. 25

Gambar 3.4 Perubahan viskositas Ferrofluid akibat

pengaruh medan magnet ............................... 27

Gambar 3.5 Sensor arus AC serat optik SMS yang

telah dibungkus plastik berisi

Ferrofluid ...................................................... 28

Gambar 3.6 Setup Eksperimen .......................................... 29

Gambar 4.1 Hubungan arus listrik DC terhadap

transmisi daya sensor arus serat optik

SMS tanpa dan dengan Ferrofluid................. 32

Gambar 4.2 Hubungan arus listrik AC terhadap

transmisi daya sensor arus serat optic

SMS tanpa dan dengan Ferrofluid ................ 33

Gambar 4.3 Hubungan arus listrik DC dan AC

terhadap transmisi daya sensor serat

optic SMS ...................................................... 37

Gambar 4.4 Perbandingan daya keluaran sensor

serat optik SMS dengan dan tanpa

ferrofluid pada 3 variasi panjang

multimode terhadap arus AC ......................... 40

Gambar 4.5 Hubungan arus AC terhadap daya

transmisi sensor arus AC serat optik

SMS menggunakan Ferrofluid ...................... 41

Gambar 4.6 Desain sensor arus AC FBG (a)

Perubahan arus dan panjang

gelombang terhadap waktu (b) ...................... 41 Gambar 4.7 Histerisis sensor arus serat optik SMS

menggunakan ferrofluid dengan

panjang mmf 7.65cm..................................... 41

Gambar 4.8 Uji pengaruh arah medan magnet

terhadap daya keluaran sensor arus

serat optik SMS menggunakan

Ferrofluid dengan panjang mmf

7.65cm ........................................................... 41

xxi

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Karakteristik Statis Sensor Arus AC Serat

Optik SMS menggunakan Ferrofluid

dengan 3 variasi Panjang mmf ............................ 38

Tabel 4.2 Hasil Uji Presisi Sensor Arus AC Serat

Optik SMS (lmmf 7.65cm) menggunakan

Ferrofluid ............................................................ 39

xxii


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Arus listrik adalah merupakan salah satu besaran pokok

dalam ilmu fisika yang dilambangkan I dan memiliki satuan

Ampere. Arus listrik terjadi karena adanya aliran electron dari

atom-atom pada sebuah penghantar dengan kecepatan tertentu

dan tegak lurus dengan luasan penghantar dimana setiap

elektronnya memiliki besaran yang sama (Doucot & Pasquier,

2004). Oesrsted menemukan bahwa arus listrik yang mengalir

menimbulkan medan magnet. Percobaan Oersted menunjukkan

ketika jarum kompas yang didekatkan pada kawat yang dialiri

arus listrik akan bergerak menyimpang (Martins). Hal ini

membuktikan bahwa disekitar kawat penghantar yang dialiri arus

listrik akan timbul medan magnet.

Pada tahun 1845 Michael Faraday menemukan bahwa

cahaya dapat terpengaruh oleh medan magnet eksternal. Faraday

menemukan cahaya yang terpolarisasi linear mengalami

perubahan sudut polarisasi ketika sebuah medan magnet yang

sangat kuat dikenakan pada cahaya tersebut. Besar perubahan

sudut akan bergantung pada bahan yang digunakan untuk

merambatkan cahaya tersebut (Hect, 2002).

Arus listrik ada 2 macam, yaitu arus listrik searah (DC) dan

arus listrik bolak-balik (AC). Dalam kehidupan sehari-hari

maupun di industry listrik sangat dibutuhkan untuk menunjang

aktivitas baik menggunakan arus listrik AC maupun DC. Arus

bolak-balik (AC) adalah arus listrik yang memiliki nilai postif dan

negatif pada satu periode tertentu (Floyd, 2004). terdapat bergai

jenis alat yang telah digunakan untuk mengukur besar arus AC

diantaranya hall effect sensor, digital clamp meter , current

transformer (CT), dan Power Quality Analyzer . Salah satu alat

untuk memonitoring arus listrik yaitu CT yang digunakan untuk

mengukuran arus dengan besar arus hingga ratusan amper pada

2

jaringan tegangan tinggi (Suryawan, Sudjadi, & Karnoto, 2007).

Dalam pengembangannya, CT memiliki banyak kekurangan

antara lain adanya efek histerisis, efek resonansi yang tinggi, alat

ukut yang besar dan berat, memiliki akurasi 0,3% [5]. Sedangkan

saat ini, telah banyak dikembangkan berbagai macam sensor

berbasis optik salah satunya pemanfaatan serat optik sebagai

sensor maupun transduser. Penggunaan serat optik sebagai sensor

telah banyak dikembangkan karena memiliki beberapa kelebihan

diantaranya memiliki sensitivitas yang biak, dapat digunakan

pada jarak yang jauh, dan rentan terhadap interferensi gelombang

elektromagnetik (Gerd, 1991) (Tonks, 2006).

Baru-baru ini serat optik berstruktur snglemode-multimode-

singlemode (SMS) telah banyak dikembangkan. Kelebihan dari

sensor serat optik SMS ini adalah dalam hal fabrikasi yang

mudah, sensitivitas yang baik, dan dapat diterapkan menggunakan

sistim pengukuran berbasis intensitas yang sederhana (Hatta,

Rajan, & dkk). Perkembangan serat optik berstruktur

singlemode-multimode-singlemode (SMS) banyak digunakan

sebagai sensor antara lain pengukuran temperatur menggunakan

serat optik berstruktur SMS (Hatta, Rajan, & dkk), serat optik

berstruktur SMS sebagai sensor pergeseran (Wang,Rouhui

dkk,2010), serta serat optik berstruktur SMS sebagai sensor level

(Yu,Zhao dkk, 2011).

Pada tahun 1980, telah dilakukan penelitian tentang

penginderaan arus listrik menggunakan serat optik multimode

yang dilapisi oleh logam Alumunium. Dari hasil penelitian

didapatkan liniearitas sensor yang bagus pada rentang arus 5

hingga 2000mA (Makarious & Farrell, 1980). Pada tahun 1999

telah dilakukan penelitian tentang penggunaan sensor serat optik

berbasis interferometer sagnac untuk mengukur arus DC dan AC

(Minkner & Schmid, 1999). Pada tahun 2005, telah dilakukan

penelitian penggunaan material ferrofluid sebagai sensor medan

magnet dengan memanfaatkan efek Faraday (Chen, Han, & dkk,

2016).Pada tahun 2014, telah dilkaukan penelitian tentang sensor

arus fiber optik berbasis ferrofluid dan multimode interference.

Eksperimen dilakukan menggunakan sensor serat optik

3

berstruktur SMS dengan serat optik multimode yang dilapisi oleh

ferrofluid(Li, Han, & dkk, 2014).

Berdasarkan penelitian yang sudah dilakukan mengenai

sensor arus listrik menggunakan serat optik yang memanfaatkan

ferrofluid maka penulis akan melakkukan penelitian mengenai

rancang bangun sensor arus bolak-balik(AC) berbasis serat optik

singlemode-multimode-singlemode (SMS) menggunakan

ferrofluid. Serat optik multimodestep indexcorelessyang dilapisi

oleh ferrofluid yang akan menjadi sensor arus AC. Penelitian

dilakukan dengan cara perhitungan dan pengukuran daya keluaran

serat optik SMS karena pengaruh arus listrik bolak-balik (AC).

1.2 Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang yang telah

dipaparkan,permasalahan yang akan diselesaikan yaitu bagaimana

merancangbangun sensor arus bolak-balik(AC) berbasis serat

optikberstruktursinglemode-multimode-singlemode(SMS)

menggunakan ferrofluid.

1.3 Tujuan

Tujuan utama dari penelitian ini adalahmerancang bangun

sensor arus bolak-balik(AC) berbasis serat optik berstruktur

singlemode-multimode-singlemode(SMS) menggunakan

ferrofluid.

1.4 Batasan Masalah

Adapun batasan masalah dalam penenitian ini antara lain:

1. Serat optik yang digunakan bestruktur Singlemode-

Multimode-Singlemod (SMS).

2. Multimode yang digunakan adalah jenis multimode coreless

step-index

3. Arus yang digunakan adalah arus bolak-balik (AC) pada

rentang 0-10A

4. Panjang gelombang sumber cahaya yang digunakan adalah

1550nm

5. Ferrofluid yang digunakan adalah campuran antara Fe3O4

dan Asam Oleat

4


5

BAB II

TEORI PENUNJANG

2.1 Medan Magnet

Pada tahun 1820, seorang ilmuwan berkebangsaan Denmark,

Hans Christian Oersted (1777-1851) mengamati bahwa ketika

sebuah kompas diletakkan dekat dengan kawat berarus, maka

jarum jam kompas tersebut akan meyimpangn atau bergerak

ketika arus mengalir melalui kawat. Apabila tidak ada arus yang

mengalir melalui kawat, jarum kompas tersebut tetap diam.

Karena sebuah jarum kompas hanya dapat disimpangkan oleh

medan magnet, maka Oersted menyimpulkan bahwa suatu arus

listrik dapat menghasilkkan medan magnet.

Gambar 2.1 Ilustrasi penyimpangan jarum kompas (a) saat tidak

ada arus yang mengalir, (b) arus mengalir dari sisi utara ke

selatan, (c) arus mengalir dari selatan ke utara (Sidik, 2009)

Gambar 2.1 menunjukkan bahwa arus yang mengalir

didalam kawat dapat menghasilkan efek magnetik. Medan magnet

yang dihasilkan mempunyai arah. Untuk mengetahui arah medan

magnet dapat menggunakan metode kaidah tangan kanan(Sidik,

2009)

6

Gambar 2.2 Kaidah tangan kanan (Sidik, 2009)

Gambar 2.2 merupakan metode untuk menentukan arah

medan magnet. Ibu jari menunjuk ke arah arus, sedangkan

keempat jari yang menggenggam menunjukkan arah medan

magnet yang melingkari kawat. Pada kawat lurus, medan magnet

disekitar kawat penghantar dinyatakan dengan hukum Bio-Savart

bahwa medan magnet B berbanding lurus dengan arus listrik serta

berbanding terbalik dengan jarak benda dari kawat penghantar

(2.1)

Dimana:

= medan magnet disekitar penghantar (T)

𝜇0 = pemeabilitas magnet diruang hampa ( )

= arus listrik yang mengalir(A)

R = jarak antara penghantar arus listrik dengan fiber(m)

2.2 Solenoid

Solenoid adalah sebuah penghanar listrik panjang yang

dililitkan melingkar membentuk seperti selimut tabung. Pada

Gambar 2.3 menunjukkan medan magnet yang ditimbulkan oleh

solenoid pada arus I.

7

Gambar 2.3 Medan magnet yang ditimbulkan oleh soilenoid

Dapat dilihat bahwa medan magnet yang ditimbulkan oleh

solenoid, khususnya di dalam solenoid seragam(Doucot &

Pasquier, 2004). Besar dari kerapatan medan magnet yang

ditimbulkan oleh solenoid dapat dihitung menggunakan

persamaan berikut :

l

NIB 0 (2.2)

Dimana :

B = Kerapatan Medan Magnet (T)

I = Arus (A)

N = Jumlah Lilitan kawat penghantar

l = Panjang Solenoid

0 = Permeabilitas ruang hampa (4 10-7T.m/A)

2.3 Efek Faraday

Gambar 2.4 Efek rotasi Faraday (ABB,2013)

Fenomena elektromagnetik yang ditunjukkan oleh Michael

Faraday pada tahun 1845 mengenai konsep garis gaya

8

menjelaskan bahwa efek rotasi bidang polarisasi cahaya terjadi

akibat adanya interaksi antara cahaya dengan medan magnet

disekitarnya, dimana hasil penelitian ini disebut sebagai efek

rotasi Faraday.

Gambaran umum mengenai Efek rotasi faraday adalah

fenomena yang terjadi didalam medium transmisi cahaya, dimana

gelombang cahaya yang terpolarisasi linier dengan sudut

polarisasi tertentu dilewatkan kedalam medium transmisi cahaya

yang dipengaruhi oleh medan magnet disekitarnya. Adanya

pengaruh medan magnet disekitar medium transmisi cahaya ini

menyebabkan gelombang cahaya mengalami sirkulasi kekanan

dan kekiri dengan kecepatan putar yang berbeda antara garis gaya

pada kuat medan magnet dan kuat medan listrik didalam

gelombang cahaya yang berada disepanjang arah propagasi.

Dampak yang dihasilkan dari perbedaan kecepatan gelombang

adalah terjadinya perbedaan fasa gelombang antara sebelum dan

setelah dipengaruhi medan magnet(ABB, 2011).

Adapun rumus matematis mengenai pergeseran fasa

gelombang akibat efek rotasi Faraday adalah sebagai berikut.

𝛿∅=𝑉𝐵𝐿 (2.3)

Dimana :

𝛿∅ : Besar Pergeseran Fasa Gelombang Cahaya (rad)

V : Konstanta Verdet (rad/T.m)

L : Panjang batang konduktor arus (meter)

B : Medan Magnet (Tesla)

Gambar 2.5 Transmisi cahaya pada medium tanpa medan

magnet.

9

Gambar 2.6 Transmisi cahaya pada meduim yang dipengaruhi

medan magnet (Respita & dkk, 2007)

2.4 Ferrofluid

Cairan koloid magnetik, atau biasa dikenal dengan ferrofluid.

Adalah suatu cairan koloid yang terdiri dari terdiri dari partikel

magnetik yang memiliki diameter kurang lebih 10nm, yang

menyatu dalam fluida carriernya.. Fluida carrier bisa polar

maupun non polar. Ferrofluid berbeda dengan

magnetorheologicalfluid yang biasa digunakan sebagai peredam,

rem kendaraan, yang memiliki ukuran partkel dalam skala mikron

yang menyatu dalam fluida carier. Viskositas dari MRF akan

berubah sangat besar ketia dipengaruhi oleh medan magnet dan

semakin besar medan magnet, MRF akan berperilaku seperti

padatan. Disisi lain, ferrofluid akan tetap cair meskipun dikenai

medan magnet yang sangat kuat (~10kG)(Scherer & Neto, 2005).

(a) (b)

Gambar 2.7 Ferrofluid ketika diberikan medan magnet (a)

sebesar 200G dan (b) sebesar 330G (Zahn, 2001)

10

Gerakan daripada ferrofluid saat melalui medan magnet akan

berubah sesuai dengan kekuatan medan magnet. Ferrofluid akan

bergerak menjauh ketika medan magnet lebih kecil dari medan

magnet kritis dari ferrofluid (backward pumping), dan akan

bergerak searah ketika kuat medan magnet lebih besar dari medan

magnet kritis (forward pumping). Besar dari medan magnet kritis

bergantung pada frekuensi, dan konsentasi dari partikel magnet

yang menyatu dalam fluida. Pada medan magnet AC, viskositas

fluida bergantung kepada partikel magnetik yang dipengaruhi

oleh magnetization M pada medan magnet H. Dengan M yang

tidak kolinier dengan H, maka Torsi kerapatan fluida T = µ0M x

H akan berlaku pada ferrofluid dalam medan magnet yang

seragam. Torsi ini akan menyebabkan nanopartikel dari ferrofluid

untuk berputar yang menyebabkan pengurangan efektifitas dari

perubahan viskositasi fluida(Zahn, 2001).

2.5 Serat Optik

Serat optik merupakan pemandu gelombang silindris

dielektrik yang terbuat dari material low-loss seperti plastik

maupun gelas silica. Serat optik terdiri dari core dimana cahaya

dipandu, dan cladding sebagai sebagai selubung core. Core

memiliki indeks bias lebih tinggi daripada cladding.

Gambar 2.8 Core, Cladding serat optik.

Sinar yang masuk pada boundry core-cladding dengan sudut

yang lebih besar daripada sudut kritis akan mengalami peristiwa

total internal reflection dan akan dipandu melalui core tanpa

mengalami pembiasan(Kao, 2009). Berdasarkan moda

perambatannaya, serat optik dibagi menjadi dua jenis yaitu serat

singlemode yang memiliki diameter core lebih kecil dan serat

multimode yang memiliki diameter core lebih besar. Tipe

11

perambatan sinar pada core serat optik dibagi dua yaitu step-

index dan graded-index.

Gambar 2.9 Bentuk Geometri, Profil Indeks Bias dan Tipe

Perambatan sinar step index multimode fiber, singlemode

fiber,dan graded index multimode fiber (Kao, 2009).

2.6 Serat Optik Multimode Step Index

Transmisi cahaya didalam serat optik bergantung pada profil

indeks bias serat optik yang dinyatakan dengan simbol p. Pada

serat optik jenis step-index mempunyai nilaiprofil indeks nbias

tak terhingga (p=∞), sehingga 𝑛2(𝑟) merupakan fungsi step yang

di dasarkan pada hukum snellius. Hal ini dipengaruhi juga oleh

nilai indeks bias core yang seragam dan lebih besar dari pada

nilai indeks bias cladding di dalam serat optik(Wiley, 1991).

Gambar 2.10 Profil indeks bias serat optik dengan nilai p yang

beragam (Kao, 2009)

Penjalaran moda didalam serat optik dipengaruhi oleh

ukuran diameter core serat optik(Wiley, 1991).

12

Gambar 2.11 Profil Indeks bias serat optik singlemode dan

multimode(Bahtiar, 2008).

Ditinjau dari perbedaan nilai indeks bias antara core dan

cladding pada serat optik step-index adalah sangat kecil, sehingga

fraksi perubahan indeks bias (∆) juga sangat kecil. Rumus

matematis fraksi perubahan indeks bias dinyatakan sebagai

berikut(Kumar, Varshney, & Sharma, 2003).

∆= 𝑛𝑐𝑜𝑟𝑒

2 − 𝑛𝑐𝑙𝑎𝑑𝑑𝑖𝑛𝑔2

2𝑛𝑐𝑜𝑟𝑒 2 (2.4)

Pada peristiwa propagasi gelombang cahaya didalam serat

optik step-index, akan muncul parameter V atau sering disebut

dengan V-number yang merupakan parameter penentu jumlah

moda dan konstanta perambatan cahayadidalam serat

optik(Wiley, 1991). Rumus matematis parameter V dapat didekati

menggunakan persamaan sebagai berikut.

𝑉 = √(𝑁𝐴)2𝑘02𝑎2 = 2𝜋

𝑎

λ . 𝑁𝐴 (2.5)

Pada serat optik singlemode mempunyai nilai parameter V

kurang dari 2,405 (V<2,405), dimana hanya terbentuk moda

fundamental LP01 didalam penjalaran cahaya, sehingga semua

moda dapat terpandu kedalam inti serat optik(Wiley, 1991).

Sedangkan dalam menentukan jumlah moda yangdirambatkan

didalam serat optik step-index, dapat didekati menggunakan

rumus matematis sebagai berikut.

𝑀 ≈4

𝜋2 𝑉2 ≈ 4

𝜋2 (2𝑛𝑐𝑜𝑟𝑒2 ∆)𝑘0

2𝑎2 (2.6)

13

Sedangkan rumus matematis konstanta perambatan cahaya

disetiap moda pada serat optik step-index dapat didekati

menggunakan persamaan matematis berikut.

𝛽𝑙,𝑚 ≈ [𝑛𝑐𝑜𝑟𝑒2 𝑘0

2 − (𝑙 + 2𝑚)2 𝜋2

4𝑎2]

1

2≈ 𝑛𝑐𝑜𝑟𝑒𝑘0 [1 − 2

(𝑙+2𝑚)2

𝑀∆]

1

2

(2.7)

Dimana :

NA = Numerical apperture

𝑘0 = vektor gelombang pada daerah vakum (2𝜋

λ) (m-1)

𝑎 = jari-jari core serat optik

𝑀 = jumlah moda didalam serat optik

𝛽𝑙,𝑚 = konstanta perambatan cahaya didalam serat optik

M = bilangan integer

Jika ditinjau dari grafik hubungan antar jumlah moda dengan

konstanta propagasi penjalaran cahaya didalam serat optik jenis

step-index adalah seperti pada gambar 2.8 sebagai berikut.

Gambar 2.12 Grafik hubungan moda dengan konstanta propagasi

Rumus matematis kecepatan group moda didalam serat optik

didekati menggunakan rumus matematis berikut ini.

𝑣𝑙,𝑚 ≈ 𝑐 [1 + (𝑙+2𝑚)2

𝑀∆]

−1

(2.9)

Dimana c merupakan kecepatan cahaya diruang hampa 3x108

m/s.

14

Sedangkan jika ditinjau grafik hubungan antara jumlah moda

dengan kecepatan group didalam serat optik jenis step-index

adalah pada gambar 2.9 sebagai berikut.

Gambar 2.13 Grafik hubungan antara jumlah moda dengan

kecepatan group (Wiley, 1991).

2.7 Serat Optik berstruktur Singlemode-Multimode-

Singlemode (SMS)

Serat optik berstruktur SMS merupakan serat optik yang

terdiri dari dua buah serat optik singlemode identik yang

disambungkan secara aksial pada kedua ujung serat optik

multimode(Kumar, Varshney, & Sharma, 2003).

Gambar 2.14 Skema serat optik berstruktur SMS

Sambungan antar serat optik harus tersambung rata secara

aksial untuk menghindari adanya eksitasi moda dengan orde lebih

tinggi pada daerah sambungan masuk lead-in antara singlemode

dan multimode maupun pada sambungan keluar lead-out serat

multimode. Karena diameter core serat multimode jauh lebih

15

besar daripada singlemode, maka hanya moda-moda fundamental

dengan order lebih rendah yang dapat dibangkitkan LP01 dan

dipandu didalam serat (Hatta A. M., Singlemode-Multimode-

Singlemode Optical Fibre Structures fo Optical Sensing , 2009).

Fenomena pandu gelombang didalam serat optik berstruktur

SMS ini dapat dijelaskan melalui modal propagation analysis

(MPA). Pada input cahaya multimode (z=0) diasumsikan

mempunyai distribusi medan 𝜓(𝑟, 0) yang sebanding dengan

moda fundamental pada singlemode dengan berkas moda dasar

yang terpandu adalah LP0m. Sedangkan profil distribusi medan

didalam multimode diasumsikan 𝜓𝑀(𝑟)(Kumar, Varshney, &

Sharma, 2003). Sehingga rumus matematis profil medan adalah

sebagai berikut.

(2.10)

𝜓(𝑟, 0) = ∑𝑚=∞𝑚=0 𝐴𝑚𝜓𝑀(𝑟) (2.11)

Dimana AM merupakan koefisien eksitasi setiap moda atau

disebut dengan amplitudo penjalaran cahaya pada setiap moda

yang dapat didekati menggunakan persamaan matematis berikut

[23].

(2.12)

Sehingga profil distribusi medan gelombang cahaya didalam

multimode pada jarak tertentu (Z = L) adalah sebagai berikut [23].

𝜓(𝑟, 𝐿) = ∑𝑚=∞𝑚=0 𝐴𝑚𝜓𝑀(𝑟) exp (−𝑗𝛽𝑚𝐿) (2.13)

Dimana :

𝜓(𝑟, 𝐿) = profil distribusi medan (Z = L)

𝐴𝑚 = koefisien eksitasi setiap moda

𝜓𝑀(𝑟) = profil distribusi medan multimode,

16

𝑗 = bilangan imajiner

𝛽𝑚 = konstata propagasi moda ke-m

L = panjang serat multimode

2.8 Efek Multimode Interference (MMI)

Multimode Interference (MMI) merupakan fenomena

yang terjadi akibat adanya pemantulan cahaya secara berulang

didalam susunan core dan cladding pandu gelombang (Shodo,

2013). Pemantulan yang berulang didalam core menyebabkan

terjadinya interferensi internal, sehingga terjadi perubahan

pola cahaya yang keluar dari core secara periodik. Interferensi

yang terjadi dapat secara konstruktif maupun destruktif

bergantung pada profil indeks bias, jejari, radius, dan panjang

gelombang operasi yang digunakan. Interferensi konstruktif

yang terjadi secara periodic ini disebut sebagai self imaging.

Fenomena self imaging didalam pandu gelombang multimode

dapat dijelaskan menggunakan modal propagation analysis

(MPA) (Hatta A. M., Singlemode-Multimode-Singlemode

Optical Fibre Structures fo Optical Sensing , 2009).

Gambar 2.15 Skema pandu gelombang multimode pada serat

optik SMS (Hatta A. M, 2009).

Pada profil medan input (z = 0), moda yang berasal dari

serat singlemode tereksitasi menjadi distribusi moda yang

mungkin terpandu kedalam pandu gelombang serat multimode.

Sedangkan pada profil medan (z=L), akan menghasilkan self

imaging sebanyak n kali dengan jarak tertentu secara periodik

17

(jarak reimaging) (Hatta A. M., Singlemode-Multimode-

Singlemode Optical Fibre Structures fo Optical Sensing , 2009).

Jarak self imaging ditentukan oleh konstanta propagasi antar

moda yang berdekatan (𝛽𝑚 dan 𝛽𝑚+1), dinyatakan sebagai

berikut [25].

(2.14)

Gambar 2.16 Profil medan self imaging pada pandu gelombang

multimode step-index(Hatta A. M., 2009)

2.9 Pengaruh Penggunaan Ferrofluid pada serat optik

berstruktur SMS

Serat optik berstruktur SMS terdiri dari serat optik

singlemode dan serat optik multimode dimana serat optik

multimode yang digunakan pada penelitian ini adalah NCF (no

core fiber). Serat optik multimode disambung secara axial pada

serat optik singlemode. Bagian serat optik multimode dimasukkan

kedalam tabung kecil yang diisikan oleh cairan ferrofluid.

18

Gambar 2.17 Struktur dari sensor arus serat optik berstruktur

SMS dan ferrofluid (Li, Han, & dkk, 2014)

Berdasarkan prinsip kerja dari SMS, moda fundamental

dari serat optik singlemode akan dibagi menjadi beberapa moda

liner-polarized {LPnm} ketika melalui serat optik multimode.

Dengan asumsi bahwa sambungan antara serat optik singlemode

dan serat optik multimode tersambung secara sejajar, maka hanya

moda simetris yang akan dieksitasi {LP0m}. Jika profil medan dari

{LP0m} adalah Em(r), maka profil medan pada serat optik

multimode E(r,0) dapat dirumuskan sebagai berikut :

(2.15)

Dimana r adalah posisi radial pada serat optik multimode.

N adalah jumlah moda terkesitasi pada serat optik multimode, dan

cmadalah koefisien eksitasi dari moda {LP0m}. Koefisien eksitasi

cm dapat dirumuskan sebagai berikut :

(2.16)

Karena ferrofluid yang digunakan pada serat optik

multimode memiliki nilai absorbsi yang tinggi, medan evanescent

pada permukaan serat optik multimode dan ferrofluid akan

menimbulkai atenuasi pada cahaya yang melalui serat optik

multimode(Wang & G.Farell, 2006). Distribusi dari propagasi

cahaya pada serat optik multimode pada jarak z dapat dirumuskan

sebagai berikut :

(2.17)

Dimana γm dan βm adalah koefisian absorbsi evanescent

dan konstanta propagasi dari {LP0m}. Berdasarkan teori dari

medan absorbsi evanescent(Ruddy, MacCraith, & Murphy, 1990)

19

pada serat optik multimode, maka γm dapat dirumuskan sebagai

berikut :

(2.18)

Dimana λ adalah panjang gelombang cahaya pada ruang

hampa dan αλ adalah koefisien atenuasi dari material cladding

(pada percobaan ini adalah ferrofluid). Cahaya akan dikopel pada

serat optik singlemode pada ujung dari serat optik

multimode(Wang & G.Farell, 2006). Transmitansi pada setiap

panjang gelombang λ dapat dihitung dengan persamaan berikut :

(2.19)

Dimana L adalah panjang dari serat optik multimode. Besar

dari koefisien atenuasi αλ dan indeks bias ferrofluid nf akan

berubah dengan adanya medan magnet eksternal. Akibat dari

perubahan tersebut, koefisien absorbsi γm, konstanta propagasi βm

dan nilai transmitansi T(λ) akan berubah(Li, Han, & dkk, 2014).

Saat arus listrik melewati kawat solenoid, solenoid akan

mengeluarkan medan magnet dimana kuat medan magnet tersebut

proporsional terhadap besarnya arus yang lewat. Dengan adanya

medan magnet yang mempengaruhi sensor serat optik, nilai

transmitansi T(λ) akan berubah dan nilai dari arus yang lewat

dapat diukur.

2.10 Sensor

Berdasarkan sistem pengukuran, sensor ,merupakan elemen

pertama yang memberikan sinyal keluaran sebagai fungsi dari

masukan besaran fisis tertentu(Bentley, 2005). Adapun sistem

pengukuran secara umum dibangun dengan empat komponen

utama, yaitu sensor, pengondisian sinyal, pemproesan sinyal, dan

display. Berikut ini merupak diagram blok sistem pengukuran

secara umum.

20

Gambar 2.18 Diagram blok sistem pengukuran

Sensor memiliki beberapa karakteristik statik yang

dijadikan sibagai tolok ukur performansi di dalam sistem

pengukuran, diantaranya adalah sebagai berikut(Bentley, 2005).

a. Range

Range input dari sensor adalah nilai minimum ke maksimum

(IMIN ke IMAX) dan range output dari element adalah nilai

minimum ke maksimum (OMIN ke OMAX)(Bentley, 2005).

Thermoucople mungkin memiliki range input dari 100˚C ke

250˚C.

b. Span

Span adalah variasi maksimum pada nilai input atau ouput

sensor, span input adalah nilai input maksimum dikurangi

nilai input minimum (IMAX - IMIN) dan span output adalah

nilai output maksimum dikurangi nilai output minimum

(OMAX - OMIN)(Bentley, 2005). Misalkan transduser

tekanan memiliki span input 104 Pa dan span output 16 mA.

c. Linearitas

Lineartas adalah hubungan antara nilai I dan O sensor yang

ideal, jika digambarkan dalam grafik akan membentuk garis

lurus(Bentley, 2005). Berikut ini merupakan rumus

matematisnya.

𝑂 − 𝑂𝑀𝐼𝑁 = [𝑂𝑀𝐴𝑋−𝑂𝑀𝐼𝑁

𝐼𝑀𝐴𝑋−𝐼𝑀𝐼𝑁](𝐼 − 𝐼𝑀𝐼𝑁) (2.20)

d. Non-Linearitas

Hubungan antara nilai input dan output tidak dalam garis

lurus(Bentley, 2005).

e. Sensitivitas

21

Peruahan ouput sensor (ΔO) untuk setiap perubahan input

sensor (ΔI), yang dinyatakan dalam rasio(ΔO/ΔI)(Bentley,

2005).

f. Histeresis

Perubahan nilai output (O) yang bergantung pada nilai input

pengukuran naik dan pengukuran turun(Bentley, 2005).

Hysterisis

II O(I)-O(I) (2.21)

Maximum Hysterisis(%) %100ˆ

xOO

H

MINMAX (2.22)

g. Resolusi

Resolusi merupakan perubahan input (I) terbesar yang dapat

terjadi tanpa adanya perubahan output (O) (Bentley, 2005).

h. Presisi

Pengukuran berulang pada kondisi sama yang menghasilkan

nilai pengukuran yang sama(ASHREA, 2009). Tingkat

presisi dari alat dapat diketahui dari nilai Cv (Coefficient of

Variation) dimana :

𝐶𝑣 = 𝑆𝑡𝑎𝑛𝑑𝑎𝑟 𝐷𝑒𝑣𝑖𝑎𝑠𝑖

𝑁𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑅𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎𝑥100% (2.23)

i. Akurasi

Akurasi merupakan kemampuan sebuah alat ukur untuk

menunjukkan kebenaran suatu nilai yang dihasilkan dari

pengukuran kuantitatif(ASHREA, 2009)

22


23

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

Metodologi penelitian merupakan serangkaian kegiatan

yang dilakukan dari awal higga akhir untuk tercapainya tujuan

tugas akhir ini. Berikut Gambar 3.1 alur metodologi yang akan

dilakukan:

Tidak

Ya

StudiLiteratur, persiapanalatdanbahan

Mulai

Perhitungan besar medan magnet akibat

adanyaarus listrik pada kawat penghantar

Perancangan serat optik SMS dengan serat

optik multimode step index dengan variasi

panjang mmf

Pengujian sensor SMS padaarus AC dan DC

dengan rentang Irms 0-10 A

Perancangan sensor SMS menggunakan

ferrofluid

A

Pengujian sensor SMS dengan menggunakan

ferrofluid pada arus AC dan DC

Karakteristik sensor

baik

24

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian

Pengerjaan tugas akhir ini diawali studi literatur. Studi

literatur berisi serangkaian kegiatan pencarian dan pengkajian

sumber-sumber yang relevan dan terpercaya yang menjadi acuan

dalam usulan tugas akhir ini ini. Literatur yang digunakan antara

lainbuku dan jurnal yang berkaitan dengan prinsip dasar sensor,

serat optik, multimode interference, ferrofluid, elektromagnetik,

sensor dan pengukuran.

3.1 Desain Sensor Arus AC berbasis Serat Optik berstuktur

SMS menggunakan Ferrofluid

Sensor arus yang akan dirancang diharapkan mampu

mengukur arus AC dengan baik dan memiliki sensitivitas,

resolusi yang tinggi. Prinsip kerja dari sensor arus AC serat optik

SMS ini memanfaatkan perubahan koefisien absorpsi dari

Ferrofluid karena pengaruh medan magnet.

Gambar 3.2 Diagram blok pengukuran arus listrik sensor serat

optik SMS menggunakan Ferrofluid

Arus listrik mengalir dari Power Supply menuju ke solenoid

melalui kawat penghantar. Ketika arus listrik mengalir di dalam

solenoid, maka akan timbul medan magnet di dalam solenoid.

Pada solenoid, medan magnet yang dihasilkan seragam dan tegak

lurus dengan arah arus listrik. Cahaya yang dihasilkan oleh

Optical Light Sourcemerambat di dalam serat optik singlemode

dan sensor serat optik SMS dengan Ferrofluid menuju ke

A

Analisa data dan pembahasan

Penarikan kesimpulan

Selesai

25

detektor. Cahaya yang merambat didalam sensor serat optik SMS

dengan Ferrofluid akan terpengaruh oleh medan magnet yang

dihasilkan oleh solenoid. Sensor serat optik SMS dengan

ferrofluid diletakkan di dalam solenoid. Adanya medan magnet

yang memperngaruhi sensor, indeks bias ferrofluid sensor akan

berubah. Perubahan indeks bias sensor akan mengubah nilai

koefisien absorpsi dari ferrofluid ditunjukkan oleh persamaan

2.18. Perubahan nilai koefisien absorpsi dari ferrofluid, akan

mengubah daya transmisi cahaya yang diterima oleh detektor

ditunjukkan oleh persamaan 2.19. Panjang multimode dari sensor

arus juga mempengaruhi daya transmisi cahaya. Desain dari

sensor arus berbasis serat optik SMS menggunakan ferrofluid

ditunjukkan oleh Gambar 3.2.

Gambar 3.3 Desain sensor arus AC berbasis serat optik SMS

menggunakan Ferrofluid

Sensor arus AC dibuat dengan menyambungkan serat optik

multimode coreless dengan panjang tertentu pada serat optik

singlemode pada kedua ujung serat optik multimode. serat optik

berstruktur SMS tersebut dibungkus oleh plastik yang berisikan

ferrofluid. Sensor yang akan dirancang memiiki variasi panjang

multimode 7.65cm, 7.7cm dan 7.85cm. Ferrofluid yang digunakan

dibuat dari campuran partikel nano Fe3O4 dan asam oleat. Setelah

serat optik multimode coreless dibungkus dengan ferrofluid,

ujung dari plastik direkatkan pada serat optik singlemode

menggunakan lem.

3.2 Pembuatan Sensor Arus AC berbasis Serat Optik

Berstruktur SMS menggunakan Ferrofluid.

26

Pada tahap ini, dijelaskan tentang pembuatan serat optik

berstruktur SMS menggunakan material ferrofluid. Berikut ini

adalah penjelasan pembuatan sensor.

3.2.1 Persiapan Alat dan Bahan

Peralatan dan bahan yang digunakan dalam

pembuatan serat optik berstruktur SMS di antaranya

meliputi:

a. Serat optik Singlemode

b. Serat Optik MultimodeCoreless

c. Fusion Splicer tipe ZIC Sumitomo Electric

d. Fiber Cleaver

e. Fiber Stripper

f. Alkohol 90%

g. Optical Light Source JDSU tipe OLS 35

h. Optical Power Meter Thorlabs PM-100D

i. Photodetector Thorlabs S154C

j. AC Clamp Meter

k. Glue Gun

l. Minyak Zaitun

m. Bubuk Fe3O4

n. Power Supply AC

o. Resistor Geser

p. Fiber optic Polarization Controller (FPC) 030

q. Ferrofluid

3.2.2 Penyambungan Sensor Arus Serat optik

Berstruktur SMS

Penyambungan serat optik SMS dilakukan

menggunakan fiber cleaver, fiber stripper, fiber fusion

splicer, penggaris dan alkohol 90%. Penyambungan dimulai

dengan mempersiapkan 2 serat optik singlemode dan serat

optik multimode coreless. Sebelum melakukan pemotongan

ujung serat optik, dilakukan pengukuran panjang multimode

yang akan disambung dengan serat optik singlemode.

Coating dari ujung serat optik singlemode dan multimode

dikelupas menggunakan fiber stripper. Masing-masing ujung

27

dari serat optik singlemode dan multimode dipotong

menggunakan fiber cleaver dan dibersihkan sisa potongan

menggunakan tisu dan alkohol 99%. Kedua ujung dari serat

optik multimode yang telah dipotong, disambungkan dengan

serat optik singlemode menggunakan Fiber Fusion Splicer.

3.2.3 Pembuatan Ferrofluid

Pembuatan Ferrofluid dilakukan dengan

mencampurkan bubuk Fe3O4dengan asam oleat. Pada

penelitian ini asam oileat yang digunakan adalah miyak

zaitun. Masukkan bubuk Fe3O4 kedalam minyak zaitun

sebesar 50ml. Campuran antara Fe3O4 dan minyak zaitun

diaduk hingga tercampur dengan merata. Pemisahan antara

ferrofluid dengan kelebihan minyak dapat menggunakan

magnet.

Gambar 3.4 Perubahan viskositas ferrofluid akibat

pengaruh medan magnet

3.2.4 Pembuatan Serat Optik SMS menggunakan

Ferrofluid

Sensor arus serat optik SMS menggunakan ferrofluid

dibuat dengan mencampurkan serat optik multimode coreless

dengan ferrofluid. Bahan yang digunakan untuk

membungkus ferrofluid dengan multimode coreless adalah

plastik. Ujung dari selubung plastik yang berisikan ferrofluid

28

dan serat optik multimode corelss direkatkan menggunakan

glue gun.

Gambar 3.5 Sensor arus Seratoptik SMS yang

telahdibungkusselubung plastik berisi ferrofluid

3.3 Eksperimen Pengujian Arus Bolak-balikterhadap Sensor

Arus Serat Optik SMS

Sensor serat optik SMS diuji pada arus DC dan AC 0-10A

dimana listrik yang dihasilkan oleh Power Supplydialirkan oleh

kawat penghantar menuju ke kawat solenoid kemudian

disambungkan ke beban (resistor). Arus listrik yang mengalir

pada solenoid menimbulkan medan magnet. Perubahan daya

akibat medan magnet dari solenoid diukur menggunakan

Photodetector dan Optical Power Meter. Solenoid yang

digunakan pada eksperimen ini memiliki 70 lilitan dengan

panjang 10cm dan diameter 1.5cm. Setup pengukuran dapat

dilihat di Gambar 3.5. Paramater arus yang diukur adalah nilai

rms (root mean square) dan diukur menggunakan AC

clampmeter.

29

Gambar 3.6 Setup eksperimen

3.4 Pengujian arus AC dan DC pada SensorSerat Optik SMS


Pengujian sensor arus DC dan AC berbasis serat optik SMS

ini dibagi menjadi 2 yaitu sebelum dan setelah penggunaan

ferrofluid sebagai material cladding.Pengujian sensor arus serat

optik SMS pada arus DC bertujuan untuk mengetahui pengaruh

medan magnet akibat arus searah dan bolak balik pada daya

keluaran serat optik SMS. Pengujian dilakukan pada rentang arus

0-10A. Sensor serat optik SMS yang diuji memiliki 3 variasi

panjang serat optik multimode yaitu 7.65cm, 7.7cm, dan 7.85cm.

Pengukuran dilakukan dengan menggunakan metode raitometric

yaitu membandingkan daya antara serat optik SMS dengan

referensi. Pengukuran ini bertujuan untuk mengurangi fluktuasi

daya dari optical light source. Pengujian diulang sebanyak 5 kali

untuk mendapatkan error dan tingkat presisi dari sensor.

3.5 Analisa Karakeristik Statis Sensor Arus AC Serat Optik

SMS menggunakan Ferrofluid

Pada tahap ini dilakukan analisa mengenai karakteristik statis

dari sensor. Karakteristik statis yang dianalisa yaitu range, span,

resolusi, sensitivitas, linieritas, tingkat presisi dan histerisis dari

sensor arus serat optik SMS. Karakteristik statis dari masing-

masing pengujian akan dibandingkan yaitu pengujian sebelum

dan sesudah penambahan material ferrofluid pada sensor. Setelah

melakukan analisa data dan karakteristik sensor, dilakukan

30

pembahasan pada masing-masing fenomena yang terjadi pada

sensor serat optik.

3.6 Penarikan kesimpulan

Penarikan kesimpulan dilakukan setelah menganalisa dan

melakukan kajian penelitian tentang karakteristik dari serat optik

SMS ,dan penyebab terjadinya rugi daya akibat penggunaan

ferrofluid. Penarikan kesimpulan disesuaikan dengan tujuan dari

penelitian.

31

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada bab ini akan dijelaskan mengenai hasil dari penelitian

yang telah dilakukan dan menganalisa pengaruh arus AC terhadap

daya transmisi sensor serat optik SMS menggunakan ferrofluid.

4.1 Hasil Uji Sensor Arus AC Berbasis Serat Optik SMS


Pada tahap ini, sensor serat optik SMS diuji pada arus DC

dan AC dengan arus 0-10A.Sensor serat optik SMS yang diuji

memiliki 3 variasi panjang multimode yaitu 7.65cm, 7.7cm, dan

7.85cm. Hasil uji sensor arus serat optik SMS terhadap arus DC

dan AC dpaat dilihat pada Gambar 4.1 dan 4.2

(a)

32

(b)

Gambar 4.1 Hubungan Arus Listrik DC terhadap transmisi daya

Sensor serat Optik SMS tanpa ferrofluid(a), dengan ferrofluid(b)

Pada uji sensor serat optik SMS pada arus DC, perubahan

transmisi daya paling besar pada rentang arus 3-7A. Pada gambar

4.1 (a) terlihat bahwa transmisi daya mengalami peurunan daya

akibat pengaruh dari arus listrik. Arus berubah dari 0-10 A

dengan perubahan kerapatan medan magnet 0-0.08792 Tesla.

Penurunan transmisi daya pada sensor serat optik SMS

disebabkan oleh titik self imaging pada serat optik multimode

coreless menjauh dari sambungan leadout. Pengaruh dari

perubahan polarisasi cahaya di dalam serat optik akibat medan

magnet dapat diamati. Secara tidak langsung perubahan arus

dapat diukur. Pada sensor serat optik SMS menggunakan

ferrofluid menunjukkan perubahan daya hingga 15dB pada

rentang arus yang sama. Perubahan transmisi daya sensor serat

optik SMS menggunakan ferrofluid cenderung kecil pada rentang

arus 0-3A pada ketika variasi panjang multimode coreless. Jika

dibandingkan dengan penelitian sebelumnya mengenai sensor

33

arus DC menggunakan ferrofluid(Li, Han, & dkk, 2014) dan

sensor medan magnet berbasis serat optik SMS dan ferrofluid

(Chen Y. , Han, Liu, Lan, & Xiao, 2013) yang memiliki kenaikan

transmisi daya linier pada rentang intensitas medan magnet 20-

100 Oe dengan slope 0.827, sensor arus serat optik SMS pada

penelitian ini memiliki kenaikan transmisi daya pada rentang

yang sama. Pada rentang 20-100 Oe, sensor memiliki kenaikan

daya linier dikarenakan adanya pengaruh dari ferrofluid.

Ferrofluid mengalami saturasi ketika intensitas medan magnet

diatas 100 Oe. Pada sensor arus serat optik SMS menggunakan

ferrofluid dengan panjang 7.65cm memiliki slope pada rentang

arus 3-7A sebesar 4,3 dimana pada rentang tersebut intensitas

medan magnet yang dihasilkan adalah 26-70 Oe.

(a)

34

(b)

Gambar 4.2 Hubungan Arus Listrik AC terhadap transmisi daya

Sensor serat Optik SMS tanpa ferrofluid(a), dengan ferrofluid(b)

3 variasi panjang multimode memiliki perbedaan daya

transmisi. Ini disebabkan karena jarak reimaging masing-masing

sensor berbeda.Dari eksperimen yang telah dilakukan, sensor

serat optik SMS dapat mendeteksi perubahan arus AC. Nilai yang

dapat diukur oleh sensor adalah root mean square dari arus AC.

Perubahan daya sensor serat optik SMS menggunakan Ferrofluid

terhadap arus AC dan DC menunjukkan kesamaan trend.

35

Gambar 4.3 Hubungan arus listrik DC dan AC terhadap

transmisi daya sensor serat optik SMS

Gambar 4.3 menunjukkan perubahan transmisi daya sensor

serat optik SMS menggunakan Ferrofluid terhadap arus DC dan

AC. Perubahan transmisi daya sensor serat optik terhadap arus

DC lebih besar dari pengaruh terhadap arus AC. Pada arus 7-9 A

menunjukkan tranmisi daya yang sama. Arus AC yang terukur

oleh sensor serat optik SMS adalah nilai rms. Perbedaan arus AC

dan DC adalah frekuensi dari arus. Perubahan AC tidak dapat

terbaca oleh sensor serat optik SMSdikarenakan sensor serat optik

SMS tidak dapat mendeteksi perubahan arah dari medan magnet

akibat arus AC.

36

(a)

(b)

37

(b)

Gambar 4.4 Perbandingan daya keluaran sensor arus serat optik

SMSdengan dan tanpa ferrofluid pada panjang 7.65cm (a), 7.7cm

(b) dan 7.85cm (c) terhadap arus AC

Pada Gambar 4.4 menunjukkan perbandingan pengaruh arus

listrik AC terhadap daya transmisi cahaya serat optik SMS yang

memiliki panjang multimode berbeda. Pada Gambar 4.4(a)

menunjukkan sensor serat optik SMS dengan panjang multimode

7.65cm memiliki kenaikan transmisi daya terhadap arus linier

pada rentang 3-7A. Pada Gambar 4.4(b) menunjukkan sensor

serat optik SMSM dengan panjang multimode 7.7cm memiliki

kenaikan transmisi daya terhadap arus linier pada rentang 0-7A.

Dan pada Gambar 4.4(c) menunjukkan sensor serat optik SMS

dengan panjang multimode 7.85cm memiliki kenaikan transmisi

daya terhadap arus linier pada rentang arus 0-4A dan 6-10A.

Sensor serat optik menggunakan ferrofluid memiliki slope yang

lebih besar dari sensor serat optik SMS tanpa ferrofluid.

Dari eksperimen menunjukkan bahwa, sensor serat optik

SMS memiliki sensitivitas dan span pengukuran yang lebih baik

dari sensor serat optik SMS tanpa ferrofluid. Hal ini dikarenakan

38

adanya medan evanescent yang timbul akibat dari ferrofluid yang

membungkus serat optik multimode. Koefisien absorbsi

medanevanescentdari ferrofluid akan berubah sebesar dengan

medan magnet disekitar serat optik karena perubahan indeks bias

dari ferrofluid. Adanya medan evanescent sangat mempengaruhi

MMI pada serat optik multimode.

4.2 Analisa Karakteristik Statis Sensor Arus AC Serat Optik

Berstruktur SMS menggunakan Ferrofluid. Pada tahap ini, dilakukan analisa karakteristik statis dari

respon daya transmisi dari serat optik SMS. Karakteristik statis

yang diukur adalah range, span, sensitivitas dan resolusi dari

sensor serat arus serat optik SMS.

(a)

39

(b)

(c)

Gambar 4.5 Hubungan arus AC terhadap daya transmisi sensor

arus AC serat optik SMS menggunakan ferrofluid lmmf

7.65cm(a), lmmf 7.7cm(b), dan lmmf 7.85cm(c).

40

Pada Gambar 4.5 dapat dilihiat, bahwa perubahan daya serat

optik SMS dengan panjang multimode 7.65cm menggunakan

ferrofluid linier terhadap arus pada rentang 2-7A dimana

memiliki nilai linieritas 0.99317 dan slope sebesar 2.43152. ini

dikarenakan indeks bias ferrofluid memiliki perubahan paling

besar pada rentang 2-7A. Pada sensor serat optik SMS

menggunakan ferrofluid dengan panjang multimode 7.7cm

memiliki perubahan daya linier terhadap kenaikan arus AC pada

rentang 3-7A. dan Sensor serat optik SMS dengan panjang

multimode7.85cm memiliki perubahan daya linier pada rentang 6-

10A. Seperti yang telah diungkapkan Lin Li dkk bahwa ferrofluid

mengalami saturasi. Pemilihan surfactant dari ferrofluid juga

mempengaruhi karakteristik dari ferrofluid sendiri. Dari hasil

pengujian pada arus AC, berikut karakteristik sensor dengan

panjang 7.65cm.

Tabel 4.1 Karakteristik Statis sensor arus serat optik SMS dengan

dan tanpa ferrofluid pada pengujian arus AC dengan 3 variasi

panjang

Karakteristik Sensor Panjang mmf

7.65vm 7.7cm 7.85cm

Range Input (A) 2-7 3-7 6-10

Output

(dB)

-35.639 -

-19.631

-45.41 –

-39.25

-20.13 –

-8.58

Span Input (A) 5 4 4

Output

(dB) 15,244 6,16342 6,13409

Sensitivitas (dB/A) 3,049 1,540 1,5335225

Resolusi (A) 0,037 0.0735 0.0739

R2 0,993 0.976 0.964

Dari Tabel 4.1 didapatkan bahwa sensor serat optik dengan

panjang multimode 7.65cm memiliki karakteristik yang paling

baik dengan nilai sensitivitas 3.049dB/A dan resolusi 0.037.

41

Semakin besar nilai sensitivitas dari sensor, maka semakin

sensitif sensor untuk mengukur perubahan arus. Semakin kecil

nilai resolusi dari sensor, maka semakin kecil nilai yang bisa

diukur oleh sensor.

Beberapa sensor arus AC juga telah dikembangkan oleh

penelitian sebelumnya salah satunya menggunakan FBG (Fiber

Bragg Gratting) dimana perubahan medan magnet akan

mengakibatkan perubahan indeks bias efektif dari sensor (Reilly

dkk. 2006). Arus AC diukur secara tidak langsung yaitu

menggunakan sebuah magetostrictive material. Ketika medan

magnet mempengaruhi material tersebut, akan terjadi perubahan

dimensi dari material yang akan mengubah regangan dari sensor.

Metode ini mampu mendeteksi perubahan arus polarisasi positif

dan negative dikarenakan ketika material dipengaruhi oleh

polarisasi medan magnet negatif, material akan meregang (Nazare

& Werneck). Pada penelitian yang telah dilakukan Reilly dkk,

sensor arus AC menggunakan FBG ini mampu mengukur arus

hingga 1A dari nilai rms hingga peak-to-peak dari arus. Ini

menunjukkan sensor sangat sensitive untuk mengukur perubahan

dari arus (Reilly dkk. 2006).

(a)

42

(b)

Gambar 4.6 Desain sensor arus AC FBG fiber (a) Perubahan

arus dan panjang gelombang terhadap waktu sensor arus serat

optik (Reilly dkk.2006)(b)

Sensor arus FBG ini cukup sensitife untuk mendeteksi

perubahan arus hingga 0.1A. berbeda dengan sensor serat optik

SMS yang hanya dapat mendeteksi perubahan nilai rms dari ac.

Akan tetapi sensor serat optic SMS menggunakan ferrofluid

memiliki biaya yang lebih rendah dari sensor arus FBG.

4.3 Uji Presisi Sensor Arus AC berbasis Serat Optik

berstruktur SMS menggunakan Ferrofluid. Telah dilakukan uji perulangan serat optik berstruktur SMS

menggunakan ferrofluid dengan panjang multimode 7.65cm

terhadap kenaikan arus bolak-balik (AC) pada rentang Irms 0-10A.

Uji perulangan dilakukan dengan melakukan pengukuran

berulang dari 0-10A sebanyak 5 kali. Berikut adalah hasil uji

perulangan dari sensor serat optik SMS menggunakan ferrofluid

dengan panjang 7.65cm. dengan menggunakan persamaan 2.31,

maka akan didapatkan nilai dari Coefficient of Variation dari

pengukuran.

43

Tabel 4.2 Hasil Uji presisi Sensor Arus AC Serat Optik SMS

menggunakan Ferrofluid dengan panjang mmf 7.65cm

Irms(A) Rasio(DB) Std. Deviasi Cv(%)

0 -30,51684 0,51049 1,673

1 -30,69836 0,34104 1,111

2 -30,41142 0,34471 1,133

3 -28,12028 0,513 1,824

4 -25,59647 0,56515 2,208

5 -22,59755 0,66736 2,953

6 -20,55996 0,15186 0,739

7 -19,40136 0,61443 3,167

8 -19,44878 0,61575 3,166

9 -18,67649 0,31263 1,674

10 -17,97861 0,55567 3,091

Berdasarkan Tabel 4.2, serat optik SMS dengan panjang

mmf 7.65cm menggunakan ferrofluid menghasilkan standar

deviasi terbesar pada pengukuran arus 5A dengan nilai standar

deviasi 0.667. deviasi nilai keluaran dari sensor sangat kecil. Ini

dpaat dilihat dari nilai koefisien variasi yang kecil yaitu dibawah

5%. Dari pengujian ini menunjukkan tingkat presisi dari sensor

adalah 95%.

4.4 Hasil Uji Histerisis Sensor Arus SMS menggunakan

Ferrofluid dengan panjang multimode 7.65cm Pada tahap ini dilakukan pengukuran naik dan turun sensor

untuk mengukur histerisi maksimum dari sensor Pengukuran arus

naik dilakukan dari arus AC 0 hingga 10A, kemudian pengukuran

turun dari 10-0A. Nilai histerisis ditentukan dengan menghitung

selisi pengukuran naik dan turun seperti pada persamaan 2.30 dan

nilai maksimum histerisis dihitung menggunakan persamaan 2.31.

Berikut adalah hasil pengujian histerisis sensor arus serat optik

menggunakan ferrofluid dengan panjang 7.65cm

44

Gambar 4.7 Histerisis sensor arus serat optik SMS menggunakan

ferrofluid dengan panjang mmf 7.65cm

Pengujian histerisis dilakukan dengan mengukur arus

terhadap daya keluaran serat optik sebanyak 3 kali pengukuran

naik dan turun. Dari grafik pada Gambar 4.6 dapat dilihat bahwa

terdapat perbedaan daya keluaran serat optik pada arus yang

sama. Dari pengujian sensor naik dan turun, didapatkan nilai

maksimum histerisis dari sensor adalah 39.4% pada arus 5A

dengan nilai histerisis sebesar 5.82.

4.5 Hasil Uji Pengaruh Arah Medan Magnet terhadap Daya

Keluaran Sensor Uji pengaruh arah medan magnet terhadap daya transmisi

sensor dilakukan untuk melihat pengaruh medan magnet terhadap

ferrofluid dan daya keluaran serat optik. Pengujian dilakuakan

pada 3 posisi yang berbeda yaitu searah dengan cahaya ke

detektor, berlawanan dengan cahaya ke detektor, tegak lurus

dengan sensor.

45

Gambar 4.8 Uji Pengaruh arah medan magnet terhadap daya

keluaran Sensor aruss serat optik SMS menggunakan ferrofluid

dengan panjang multimode 7.65cm

Dari grafik diatas tampak bahwa pengaruh medan magnet

yang dihasilkan soleniod menunjukkan kesamaantrend output

pada sensor yang diletakkan searah dan berlawanan dengan

medan magnet. Ini disebabkan oleh semua bagian sensing element

dipengaruhi oleh medan magnet dan arus yang mengalir pada

kawat penghantar adalah arus AC. Sedangkan pada sensor yang

diletakkan tegak lurus dengan arah medan, hanya sebagian dari

sensor saja yang dipengaruhi oleh medan magnet dimana

diameter dari solenoid adalah 2cm.

.

46


47

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil yang telah diperoleh serta meninjau

kembail permasalahan, batasan masalah dan tujuan dari tugas

akhir ini, maka dapat dirumuskan beberapa kesimpulan yaitu :

a. Telah dilakukan perancangan sensor arus listrik bolak-

balik (AC) berbasis serat optik SMS menggunakan

ferrofluid pada rentang arus 0-10A secara eksperimen.

b. Telah digunakan 3 variasi panjang serat optik multimode

step index untuk pembuatan sensor arus serat optik yaitu

7.65cm, 7.7cm dan 7.85cm.

c. Serat optik berstruktur SMS dengan panjang multimode

7.65 cm memiliki rentang pengukuran arus AC(Irms)

antara 0-10A dengan nilai span 5A. sensor tersebut

memiliki sensitivitas 3.049 dB/A, resolusi 0.019A,

maksimum histerisis 39.4%, dan memiliki tingkat

presisi95%. Persamaan linieritas yang diperoleh adalah

rugi daya = -35.22922 + 2.43152I pada arus 2-7A.

5.2 Saran

Saran yang diberikan terkait pengembangan penelitian ini

adalah :

a. Dilakukan penelitian sensor serat optik SMS dengan

surfactant ferrofluid yang berbeda untuk memperoleh

hasil pengukuran yang maksimal.

b. Untuk mendeteksi nilai peak to peak dan frekuensi dari

arus AC diperlukan metode lain seperti menggunakan

magnetostrictive material yang dapat mendeteksi

perubahan arah medan magnet.

48


DAFTAR PUSTAKA

ABB. (2013). 362-550kV Disconnecting Circuit Breaker(DCB)

with FOCS Small, Smart, Flexible. Dalam ABB Information.

Switzerland: ABB Switzerland Ltd.

ABB. (2011). FOCS- Fiber Optics Current Sensor Make Light

Work. Switzerland: ABB Switzerland Ltd.

ASHREA. (2009). Principle of Measurement Systems 3rd. USA.

Bahtiar, A. (2008). Rekayasa Optis. Bandung: Jurusan Fisika,

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,

Universitas Padjajaran.

Bentley, j. P. (2005). Principles of Measurement Systems 4th

Edition. London: Prentice Hall.

Chen, Y., Han, Q., & dkk. (2016). Magnetic Field Sensor Based

on Ferrofluid and Photonic Crystal Fiber with Offset Fusion

Splicing. IEEE Photonics Technology Letters , 28.

Chen, Y., Han, Q., Liu, T., Lan, X., & Xiao, H. (2013). Optical

Fiber Magnetic Field Sensor Based On Singlemode-

Multimode-Singlemode Structure and Magnetic Field. Optics

Letters , 3999.

Doucot, B., & Pasquier, V. (2004). Physics in a Strong Magnetic

Field. Seminiare Poincare 2 .

Floyd, T. L. (2004). Introduction to Alternating Current, Voltage,

and Power. Dalam Electronics Fundamental. New Jersey:

Pearson Education .Inc.

Gerd, K. (1991). Optical Fiber Communication (Vol. 149).

Singapore: McGraw-Hill Book.

Hatta, A. M. (2009). Singlemode-Multimode-Singlemode Optical

Fibre Structures fo Optical Sensing . Electronic and

Communications Engineering, Faculty of Engineering,

Dublin Institute of Technology .

50

Hatta, A. M. (2009). Singlemode-Multimode-Singlemode Optical

Fibre Structures for Optical Sensing. Dublin: Electronic and

Communications Engineering, Faculty of Engineering,

Dublin Institute of Technology.

Hatta, A. M., Rajan, G., & dkk. Singlemode-Multimode-

Singlemode Fibre Structure for Temperature Measurement

Using A Simple Intensity-Based Interrogation System .

Electronic Letters of IEEEXplore , 45 (21).

Hect, E. (2002). The Faraday Effect. Dalam OPTICS (hal. 366-

368). San Francisco: Addison Wesley.

Kao, P. S. (2009). Fiber Optic. Dalam Fundamental of Photonics.

New York: Jhon Wiley & Sons, Incoorporation.

Kumar, A., Varshney, & Sharma, P. (2003). Transmission

Characteristics of SMS Fiber Optic. Optics Communications ,

219, 215-219.

Li, L., Han, Q., & dkk. (2014). An All-Fiber Optic Current Sensor

Based on Ferrofluids and Multomode Interference.

International Journal of Food Science & Technology , 14.

Makarious, A. H., & Farrell, P. G. (1980). CURRENT SENSING

WITH METAL-COATED MULTIMODE OPTICAL

FIBERS. ELECTRONICS LETTERS .

Martins, R. D. (t.thn.). Resistance to the Discovery of

Electromagnetism : Oersted and the Symmetry of the

Magnetic Field. Dipetik January 27, 2017

Minkner, R., & Schmid, J. (1999). A NEW FLEXIBLE FIBER

OPTIC CURRENT-MEASURING-SYSTEM FOR AC-

AND DC-CURRENT IN HIGH VOLTAGE SYSTEM. High

Voltage Engineering Symposium, Conference Publication

IEE . IEEE.

Nazare, F. V., & Werneck, M. M. (t.thn.). Efficient Magnetic

Biasing Scheme for a Bragg-Gratting-Based Magnetostrictive

Alternating Current Sensor.

51

Reilly, D., Willshire, A. J., Fusiek, G., Niewczas, P., &

McDonald, J. R. (2006). A Fiber-Bragg-Gratting-Based

Sensor for Simultaneous AC Current and Temperature

Measurement. IEEE Sensors Journal , 1539.

Respita, K. S., & dkk. (2007). Efek Magnetopstis pada Lapisan.

Laboratorium Rekayasa Optis Universitas Diponegoro .

Ruddy, V., MacCraith, B., & Murphy, J. (1990). Evanescent

wave spectroscopy using multimode fibers. J. Appl. Phys ,

6070-6074.

Scherer, C., & Neto, A. M. (2005). Ferrofluids : Properties and

Applications. Brazilian Journal of Physics , 35, 1.

Sidik, P. (2009). Medan Magnet di Sekitar Penghantar Berarus

Listrik.

Sujatnoko, H. (2013, Agustus 31). Riwayat Michael Faraday.

Jurusan Kimit ITB, Bandung .

Suryawan, D. W., Sudjadi, & Karnoto. (2007). RANCANG

BANGUN SISTEM MONITORING TEGANGAN, ARUS

DAN TEMPERATUR PADA SISTEM PENCATU DAYA

LISTRIK DI TEKNIK ELEKTRO BERBASIS

MIROKONTROLER ATMEGA 128.

Tonks, M. J. (2006). Modeling and Testing of Fast Response,

Fiber-Optic Temperature Sensors. Dessertation of Virginia

Polytechnic Institute and State University. Aerospace

Engineering .

Wang, Q., & G.Farell. (2006). All-fiber multimode interference-

based refractometer sensor. Opt.Lett , 317-319.

Wiley, J. (1991). Fundamental of Photonics. USA.

Zahn, M. (2001). Magnetic fluid and nanoparticle applications to

nanotechnology. Journal of Nanoparticle Research , 3, 2.

52


A-1

LAMPIRAN A

SPESIFIKASI ALAT

A.1 3-Paddle Polarization Controllers

Gambar 1.3-Paddle Fiber Polarization Controllers

Tabel 1.Spesifikasi 3-Paddle Fiber Polarization Controllers

A-2

A-2 Fiber Power Head with InGaAs Detector S154C

Thorlabs

Gambar 2. Fiber Power Detector S154C Thorlabs

Tabel 2.TabelSpesifikasiPhotodetector S154C Thorlabs

B-1

LAMPIRAN B

DATA EKSPERIMEN

B-1. Data Pengujian Sensor Serat Optik SMS Setelah dan

Sebelum menggunakan Ferrofluid terhadap Arus AC

Tabel 3. Pengujian Sensor SMS tanpa Ferrofluid terhadap Arus

AC (lmmf 7.65cm)

Arus

(Irms)(A) Rasio (dB)

Standar

Deviasi

0 -24,04202 0,08712

1 -23,96003 0,04831

2 -23,87263 0,13368

3 -22,00802 0,18379

4 -20,30577 0,33565

5 -19,88171 0,21508

6 -17,31997 0,1391

7 -16,19457 0,40921

8 -16,58528 0,29905

9 -15,92434 0,01626

10 -15,97508 0,00245


AC (lmmf 7.7cm)

Arus (Irms)(A) Rasio (dB) Standar Deviasi

0 -16,29013 0,00281

1 -16,30748 0,00393

2 -16,22963 0,01701

3 -16,06558 0,09641

4 -15,47813 0,06613

5 -14,32374 0,04686

6 -14,35943 0,04378

B-2

7 -14,35575 0,01749

8 -14,43178 0,02588

9 -14,53835 0,02817

10 -14,75801 0,03352


AC (lmmf 7.85cm)

Arus


Standar

Deviasi

0 -20,52381 0,08692

1 -20,62037 0,29174

2 -20,26967 0,14313

3 -20,61541 0,04973

4 -18,257 0,55716

5 -16,84617 0,78979

6 -16,24791 1,8169

7 -14,66433 0,22616

8 -13,36607 0,14414

9 -13,53176 0,12379

10 -13,96928 0,05173

Tabel 6. Pengujian Sensor SMS menggunakanFerrofluid

terhadap Arus AC (lmmf 7.65cm)

Arus


Standar

Deviasi

0 -30,51684 0,01049

1 -30,69836 0,04104

2 -30,41142 0,03447

3 -28,12028 0,0513

4 -25,59647 0,06515

5 -22,59755 0,66736

B-3

6 -20,55996 0,01519

7 -19,40136 0,00614

8 -19,44878 0,01157

9 -18,67649 0,03126

10 -17,97861 0,05557



Arus (Irms)(A) Rasio (dB) Standar Deviasi

0 -45,41726 0,03072

1 -45,15673 0,01331

2 -45,0007 0,03412

3 -44,4135 0,07452

4 -43,5895 0,11929

5 -42,21176 0,19513

6 -40,54448 0,17494

7 -39,52574 0,02995

8 -39,42317 0,01049

9 -39,39163 0,00479

10 -39,25384 0,03056



Arus


Standar

Deviasi

0 -20,13048 0,05142

1 -17,41227 0,04011

2 -15,96237 0,05777

3 -14,11709 0,6966

4 -13,94436 0,15882

5 -14,37928 0,32158

B-4

6 -14,71654 0,50789

7 -13,04679 0,74425

8 -10,71207 0,19839

9 -9,31614 0,13307

10 -8,58245 0,07446

B-2. Data Pengujian Sensor Serat Optik SMS Setelah dan

Sebelum menggunakan Ferrofluid terhadap Arus DC


DC (lmmf 7.65cm)

Arus(A) Rasio (dB)

Standar

Deviasi

0 -20,42031 0,51427

1 -20,37425 0,50409

2 -20,29366 0,30317

3 -20,62388 0,48868

4 -22,99169 0,22885

5 -22,80031 0,47766

6 -23,27317 0,18032

7 -23,97776 0,37475

8 -25,59155 0,49773

9 -25,81598 0,34615

10 -25,94272 0,48452


DC (lmmf 7.7cm)

Arus(A) Rasio (dB)

Standar

Deviasi

0 -13,09223 0,02671

1 -13,05645 0,03457

B-5

2 -14,46552 0,12064

3 -14,76382 0,1574

4 -14,77223 0,37647

5 -14,5529 0,39478

6 -14,63654 0,28126

7 -15,44403 0,20612

8 -14,83715 0,10254

9 -15,48655 0,05372

10 -15,60333 0,35949


DC (lmmf 7.85cm)

Arus(A) Rasio (dB)

Standar

Deviasi

0 -13,49362 0,00772

1 -13,39177 0,02095

2 -13,08929 0,04563

3 -13,62749 0,02448

4 -13,41625 0,06486

5 -15,09361 0,4075

6 -15,37929 0,92107

7 -17,60931 0,44616

8 -18,05618 0,53891

9 -18,13151 0,51898

10 -18,96166 0,4409

B-6

Tabel 11. Pengujian Sensor SMS menggunakan Ferrofluid

terhadap Arus DC (lmmf 7.65cm)

Arus(A) Rasio(dB) Deviasi

0 -34,9762 0,53519

1 -34,88038 0,51271

2 -34,87572 0,50828

3 -35,6392 1,02177

4 -32,63632 0,35023

5 -28,93813 0,80182

6 -23,41829 0,48553

7 -19,63139 0,38324

8 -19,05399 0,50727

9 -19,39185 0,4042

10 -19,39185 0,65452




0 -48,26658 0,02478

1 -48,39709 0,02261

2 -48,36486 0,01571

3 -49,50071 0,01717

4 -46,8745 0,34955

5 -44,37428 0,42126

6 -40,1703 0,13765

7 -38,76418 0,1425

8 -38,58137 0,03636

9 -38,48757 0,00989

10 -38,48757 0,00489

B-7




0 -18,79005 0,21032

1 -18,46029 0,03379

2 -18,18466 0,03538

3 -18,2968 0,01602

4 -18,02398 0,09237

5 -14,35734 0,07844

6 -14,05116 0,26221

7 -13,8098 0,04865

8 -9,04012 0,06632

9 -9,21232 0,36472

10 -9,21232 0,12757

B-3. Data Pengujian Histerisis Sensor Serat Optik SMS

menggunakan Ferrofluid (lmmf 7.65cm)

Tabel 11. Data Pengujian Histerisis

Arus

Pengukuran

naik

Pengukuran

Turun histerisis

1 -33,94159 -30,51975 3,42184

2 -33,9334 -30,73551 3,19789

3 -33,64472 -30,60205 3,04267

4 -30,86954 -29,5764 1,29314

5 -30,44312 -24,6223 5,82082

6 -25,22928 -21,59463 3,63465

7 -23,57717 -21,51908 2,05809

8 -22,93712 -20,25505 2,68207

9 -20,65438 -19,93166 0,72272

B-8

10 -19,17978 -20,01106

-

0,83128

2%39,4316144%100-33,94159-19,17978-

5,82082(%) xHisterisis

B-4. Data Pengujian Variasi Arah Medan Magnet (lmmf

7.65cm)

Tabel 12. Data Pengujian Variasi Arah Medan Magnet

Arus (Irms) Searah Berlawanan Tegak Lurus

0 -33,94095 -34,71139 -33,71139

1 -33,94159 -33,46943 -33,74408

2 -33,9334 -33,44253 -33,85786

3 -33,64472 -30,40054 -34,02429

4 -30,86954 -30,07235 -34,3133

5 -30,44312 -30,39135 -34,59708

6 -25,22928 -29,81492 -34,70557

7 -23,57717 -25,97587 -34,54559

8 -22,93712 -21,30913 -35,8728

9 -20,65438 -20,24861 -35,87547

10 -19,17978 -20,42502 -35,08652

B-5. Data Kerapatan Medan Magnet pada Arus 0-10A.

Tabel 13 Kerapatan Medan Magnet pada arus 0-10A

Arus(Ampere)

Kerapatan Medan

Magnet(B)(Tesla)

1 0,008792

2 0,017584

B-9

3 0,026376

4 0,035168

5 0,04396

6 0,052752

7 0,061544

8 0,070336

9 0,079128

10 0,08792

Gambar 3. Plot kerapatan medan magnet terhadap arus

B-10


BIOGRAFI PENULIS

Hadrian Hogantara Saputra-lahir di

Surabaya, 16 Mei 1995. Penulis

merupakan anak pertama dari Sih

Muhardi dan Kunarti. Penulis memulai

pendidikan di SDN Tembok Dukuh III

Kecamatan Bubutan Surabaya pada tahun

2001 hingga 2007. Penulis melanjutkan

sekolah di SMPN 6Surabaya pada tahun

2007-20010. Pada tahun yang sama,

penulis melanjutkan ke sekolah

menengah atas di SMAN 2 Surabaya

pada tahun 2010 hingga 2013. Setelah lulus dari sekolah menengah

atas pada tahun 2013, penulis melanjutkan pendidikan di Teknik

Fisika pada tahun yang sama. Saat berstatus mahasiswa, penulis

aktif dalam kepengurusan HMTF ITS 14/15 dan HMTF ITS 15/16.

Penulis juga aktif sebagai Asisten Laboratorium Rekayasa

Fotonika dan SPIE ITS Student Chapter Member. Penulis pernah

melakukan kerja praktek di PT.PJB UBJO&M PLTU Rembang

pada tahun 2016. Penulis dapat dihubungi melalui 089677222822

atau email [email protected].

RANCANG BANGUN SENSOR ARUS BOLAK- BALIK (AC) …

Documents

Transcript of RANCANG BANGUN SENSOR ARUS BOLAK- BALIK (AC) …